최근 자동차의 첨단 전자제어시스템이 복잡해지면서 이들 부품을 연결해 주는 각종 커넥터의 수는 지속적으로 증가하는 추세에 있다. 이들 자동차의 전기 커넥터의 고장 문제를 발생시키는 인자들 중 주요 원인으로는 진동이나 열팽창 차이에 의한 커넥터 단자 접촉부의 미동마멸 부식현상이다. 본 논문에서는 전기적 커넥터의 미동마멸부식 현상에 의한 열화 거동을 실험을 통하여 분석하고자 한다. 또한 열화문제 해결하기 위한 방안으로 접촉부에 전도성 윤활유를 도포하여 산화물 발생을 억제하는 방안과 산화물 생성이 거의 없는 은도금을 채택하여 미동마멸부식을 회피하는 방안에 대하여 실험을 통하여 제시하고자 한다. 이를 통하여 전기 커넥터의 성능 및 내구 수명측면에서 향상효과를 파악하기 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
접촉수명에 대한 접촉변위의 효과를 분석하기 위하여 온도 25℃, 50℃, 75℃, 100℃에서 하중을 0.85 N으로 고정하고 주석을 10 로 도금한 시험편에 대하여 전기저항과 마찰계수의 변화를 측정하였다. 미동마멸 부식시험을 수행한 결과 사이클이 증가하면서 전기저항의 증가하는 형상이 발견되었다. 증가경향에 따라 저항이 매우 낮은 1단계, 지속적으로 저항이 증가하는 2단계, 간헐적으로 저항이 급격히 증가하는 3단계로 구분됨을 확인하였다. 전기저항이 0.01 Ω이 발생하는 반복수를 파손기준으로 가정하여 결정한 결과 온도가 증가하면서 수명이 저하되었다. 변위진폭이 약 30 이하 구간에서 커넥터의 열화에 의한 손상도()는 사이클수에 선형으로 반비례하여 수명(Nf)의 역수로 가정하여 아레니우스 식을 적용시 활성화에너지는 13.6 kJ/mole이며 수명식은 으로 도출하였다. 미동변위가 증가하면서 전반적으로 마찰계수의 크기도 같이 증가하며, 사이클당 마찰계수의 변화가 둔감함을 나타내고 있다. 또한 온도가 증가할수록 평균 마찰계수가 감소하였다.
온도 25℃∼100℃에서 윤활유를 적용하여 이들 윤활유가 접촉저항 수명에 끼치는 영향을 평가하기 위하여 하중을 고정하고 미동 거리 30 , 50 , 77에 대하여 실험을 수행하였다. 미동거리 30 μm에 대한 시험온도 구간에 대한 시험결과 통상적인 미동마멸부식 거동인 제 1, 2, 3 구간의 구분이 없이 사이클이 증가하면서 지속적으로 접촉저항이 증가하는 거동을 보였다. 이는 윤활유로 인하여 접촉면의 산화막의 생성을 억제하며 접촉면을 안정화시키는 효과로 판단된다. 접촉마찰계수의 변화는 25℃의 경우 다른 온도에 비하여 마찰계수가 전반적으로 낮으며 미동변위가 증가하면서 마찰계수도 전반적으로 증가하였다. 그러나, 50℃, 75℃, 100℃ 온도 구간에서는 전반적으로 미동변위가 증가하면서 마찰계수가 감소하였다. 또한 온도가 증가하면서 전반적으로 마찰계수가 증가하였다. 이와 같은 이유는 온도가 증가하면서 산화막의 생성이 증가하여 이로 인하여 마찰계수가 증가하는 것으로 판단된다. 미동변위 77 μm에서 시험한 시험편의 SEM 관찰한 결과 손상부 주변에 전반적으로 산화물 덩어리가 거의 없음을 확인하였다. 결과적으로 윤활유를 첨가한 주석 도금 커넥터의 경우 윤활유가 없이 건조한 상태에서의 커넥터에 비하여 미동거리가 작을수록, 온도가 증가할수록 접촉 수명에 대한 윤활유 도포 효과가 증가하였다. 특히, 미동변위가 77 μm일 경우 온도 100℃에서 윤활유 도포로 인한 수명 증가 효과가 20배 이상 증가함을 확인하였다.
은도금한 전기 커넥터의 미동마멸부식 현상을 연구하기 위하여 은을 15 μm로 도금한 시험편에 대하여 일정한 변위진폭()으로 미동마멸부식 실험을 수행하였다. 실험결과, 은 도금된 접촉부의 경우 하중의 크기에 접촉저항 및 마찰계수의 변화 측면에서 세 가지의 거동을 확인하였다. 안정적인 접촉 저항은 낮은 하중에서는 0.4 Ω이며, 중간이나 높은 하중에서는 0.01 ∼ 0.008 Ω정도로 매우 낮은 저항을 나타냈다. 이와 같은 이유는 하중이 증가하면서 금속 대 금속의 직접적인 접촉에 기인한다고 판단된다. 낮은 하중구간에서는 접촉저항이 초기에 급격히 증가한 후에 매우 안정적이며 마찰계수는 짧은 증가 직후에 0.005 ∼ 0.1 수준의 매우 안정적인 것으로 나타났다. 접촉저항의 경우 약 10 사이클 정도에서 0.01 Ω에 도달하였다. 이와 같은 사실은 접촉 하중이 낮을 경우 주석의 경우보다 접촉성능이 저하하는 경향이 있음을 의미한다. 높은 하중의 경우에도 접촉저항이 초기에 급격히 증가한 후에 매우 안정적이며 마찰계수는 불안정한 출렁거림이 계속되면서 0.45 정도로 높았다. 이는 일정 사이클 후에는 금속 대 금속 접촉을 하면서 응착마모로 인한 것으로 판단된다. 따라서, 은 도금 커넥터를 설계시에는 평균 접촉압력이 159 MPa 이상의 영역에서 커넥터 접점을 설계한다면 통상적인 접촉저항 기준인 0.01 Ω에 도달하지 않는 거의 무한 수명이 가능하다고 판단된다.